本發(fā)明涉及集成光子和光通信，更為具體來說，本發(fā)明為一種高調(diào)制效率的薄膜鈮酸鋰光開關(guān)。
背景技術(shù)：
1、在光通信技術(shù)飛速發(fā)展的當下，光開關(guān)作為光網(wǎng)絡(luò)中的核心器件，其性能直接影響著通信系統(tǒng)的傳輸效率與能耗。在現(xiàn)代光通信領(lǐng)域，隨著5g/6g網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心高速互聯(lián)等應用場景的持續(xù)拓展，對光開關(guān)的調(diào)制性能提出了更高要求?，F(xiàn)有電光調(diào)制器件多采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于光場與調(diào)制電場的相互作用效率較低，導致驅(qū)動電壓居高不下，調(diào)制效率難以提升。例如，在基于鈮酸鋰的光調(diào)制器件中，雖然鈮酸鋰具有優(yōu)異的線性電光效應，但傳統(tǒng)波導結(jié)構(gòu)無法充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。一方面，傳統(tǒng)波導結(jié)構(gòu)中光群速度較快，光信號在調(diào)制區(qū)域內(nèi)與電場的作用時間短暫，使得單位長度內(nèi)的相位調(diào)制效果有限。為達到所需的相位變化，往往需要增加波導的長度，這不僅增大了器件尺寸，還引入了更多的傳輸損耗，不利于器件的集成化與小型化。另一方面，傳統(tǒng)電極結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，電極間距較大，導致電場強度較弱，且電場分布不夠均勻，無法與光場實現(xiàn)高效耦合，進一步降低了調(diào)制效率，限制了光開關(guān)在高速光通信系統(tǒng)中的應用。因此，如何有效降低光群速度以延長光與電場的相互作用時間，同時增強局域電場強度，成為提高電光調(diào)制器件性能的關(guān)鍵。亟需一種創(chuàng)新的光開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的驅(qū)動電壓高、調(diào)制效率低等問題，滿足光通信技術(shù)不斷發(fā)展的需求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有鈮酸鋰光開關(guān)因光-電相互作用效率低導致的驅(qū)動電壓高(vπ>3v)、調(diào)制區(qū)長度長(>5mm)等問題，本發(fā)明提供一種通過微納結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實現(xiàn)光場與電場協(xié)同增強的高調(diào)制效率器件，在亞毫米級調(diào)制區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)低電壓驅(qū)動與高效相位調(diào)控，為高密度光開關(guān)陣列集成奠定基礎(chǔ)。
2、具體技術(shù)方案為：
3、一種高調(diào)制效率的薄膜鈮酸鋰光開關(guān)，包括金屬電極，金屬電極為容性加載的t狀陣列或者梳狀陣列金屬電極；
4、金屬電極自上到下依次包括調(diào)制臂第一電極、調(diào)制臂第二電極和調(diào)制臂第三電極，上調(diào)制臂和下調(diào)制臂分別位于調(diào)制臂第一電極和調(diào)制臂第二電極之間、調(diào)制臂第二電極和調(diào)制臂第三電極之間；調(diào)制臂第一電極和調(diào)制臂第二電極分別作為上調(diào)制臂正負極，調(diào)制臂第二電極和調(diào)制臂第三電極分別作為下調(diào)制臂正負極；
5、調(diào)制臂第一電極和調(diào)制臂第三電極連接引出一個第一電極引腳，調(diào)制臂第二電極引出一個第二電極引腳；
6、還包括兩個多模干涉器，第一光柵和第二光柵通過其中一個多模干涉器連接上調(diào)制臂和下調(diào)制臂的一端；第三光柵和第四光柵通過另一個多模干涉器連接上調(diào)制臂和下調(diào)制臂的另一端。
7、上調(diào)制臂和下調(diào)制臂均為鈮酸鋰波導，該波導為魚骨狀周期性布拉格光柵結(jié)構(gòu)，厚度為400-800nm，表面刻蝕的魚骨狀凸起結(jié)構(gòu)周期λ＝λ/2neff，凸起寬度200-400nm、高度200-400nm，占空比控制在0.4-0.6范圍內(nèi)。
8、所述的金屬電極和上調(diào)制臂或下調(diào)制臂的薄膜鈮酸鋰波導層之間的介質(zhì)層為高介電材料。
1.一種高調(diào)制效率的薄膜鈮酸鋰光開關(guān)，其特征在于，包括金屬電極(6)，金屬電極(6)自上到下依次包括調(diào)制臂第一電極(61)、調(diào)制臂第二電極(62)和調(diào)制臂第三電極(63)，上調(diào)制臂(7)和下調(diào)制臂(8)分別位于調(diào)制臂第一電極(61)和調(diào)制臂第二電極(62)之間、調(diào)制臂第二電極(62)和調(diào)制臂第三電極(63)之間；調(diào)制臂第一電極(61)和調(diào)制臂第二電極(62)分別作為上調(diào)制臂(7)正負極，調(diào)制臂第三電極(63)和調(diào)制臂第二電極(62)分別作為下調(diào)制臂(8)正負極，調(diào)制臂第二電極(62)作為公共電極；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高調(diào)制效率的薄膜鈮酸鋰光開關(guān)，其特征在于，所述的金屬電極(6)為容性加載的t狀陣列電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高調(diào)制效率的薄膜鈮酸鋰光開關(guān)，其特征在于，所述的金屬電極(6)為容性加載的梳狀陣列金屬電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高調(diào)制效率的薄膜鈮酸鋰光開關(guān)，其特征在于，所述的上調(diào)制臂(7)和下調(diào)制臂(8)均為周期性設(shè)計的鈮酸鋰波導結(jié)構(gòu)，所述波導為魚骨狀周期性布拉格光柵結(jié)構(gòu)，該波導厚度為400-800nm，表面刻蝕的魚骨狀凸起結(jié)構(gòu)周期λ＝λ/2neff，凸起寬度200-400nm、高度200-400nm，占空比控制在0.4-0.6范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高調(diào)制效率的薄膜鈮酸鋰光開關(guān)，其特征在于，所述的金屬電極(6)和上調(diào)制臂(7)或下調(diào)制臂(8)的薄膜鈮酸鋰波導層之間的介質(zhì)層為高介電材料。